Linux NUMA 技术说明
2016-09-02 13:4523310原创Linux 本文链接：https://www.cndba.cn/dave/article/149
随着科学计算、事务处理对计算机性能要求的不断提高，SMP（对称多处理器）系统的应用越来越广泛，规模也越来越大，但由于传统的SMP系统中，所有处理器都共享系统总线，因此当处理器的数目增大时，系统总线的竞争冲突加大，系统总线将成为瓶颈，可扩展能力受到极大限制。
NUMA（Non-Uniform Memory Access Architecture）技术有效结合了SMP系统易编程性和MPP（大规模并行）系统易扩展性的特点，较好解决了SMP系统的可扩展性问题。
现在的机器上都是有多个CPU和多个内存块。以前都是将内存块看成是一大块内存，所有CPU到这个共享内存的访问消息是一样的。这就是之前普遍使用的SMP模型。但是随着处理器的增加，共享内存可能会导致内存访问冲突越来越厉害，且如果内存访问达到瓶颈的时候，性能就不能随之增加。
NUMA就是这样的环境下引入的一个模型。比如一台机器是有2个处理器，有4个内存块。将1个处理器和两个内存块合起来，称为一个NUMA node，这样这个机器就会有两个NUMA node。在物理分布上，NUMA node的处理器和内存块的物理距离更小，因此访问也更快。
比如这台机器会分左右两个处理器（cpu1, cpu2），在每个处理器两边放两个内存块(memory1.1, memory1.2, memory2.1,memory2.2)，这样NUMA node1的cpu1访问memory1.1和memory1.2就比访问memory2.1和memory2.2更快。所以使用NUMA的模式如果能尽量保证本node内的CPU只访问本node内的内存块，那这样的效率就是最高的。
在运行程序的时候使用numactl -membind和-physcpubind就能制定将这个程序运行在哪个cpu和哪个memory中。当程序只使用一个node资源所需要的时间远小于使用多个node资源。所以限定程序在numa node中运行是有实际意义的。
但是呢，指定numa也就其弊端，当服务器还有内存的时候，发现它已经在开始使用swap了，甚至已经导致机器出现停滞的现象。这个就有可能是由于numa的限制，如果一个进程限制它只能使用自己的numa节点的内存，那么当自身numa node内存使用光之后，就不会去使用其他numa node的内存了，会开始使用swap，甚至更糟的情况，机器没有设置swap的时候，可能会直接死机。
可以使用如下命令查看NUMA的信息：
[root@web8 ~]# numastat node0 node1 numa_hit 735166632 261638764 numa_miss 12766 1411671 numa_foreign 1411671 12766 interleave_hit 11097 11138 local_node 735166389 261590090 other_node 13009 1460345 [root@web8 ~]# [root@web8 ~]# numactl --show policy: default preferred node: current physcpubind: 0 1 2 3 4 5 6 7 cpubind: 0 1 nodebind: 0 1 membind: 0 1 [root@web8 ~]# numactl --hardware available: 2 nodes (0-1) node 0 cpus: 0 1 2 3 node 0 size: 8113 MB node 0 free: 5567 MB node 1 cpus: 4 5 6 7 node 1 size: 8192 MB node 1 free: 5871 MB node distances: node 0 1 0: 10 21 1: 21 10 [root@web8 ~]# numactl usage: numactl [--interleave=nodes] [--preferred=node] [--physcpubind=cpus] [--cpunodebind=nodes] [--membind=nodes] [--localalloc] command args ... numactl [--show] numactl [--hardware] numactl [--length length] [--offset offset] [--shmmode shmmode] [--strict] [--shmid id] --shm shmkeyfile | --file tmpfsfile [--huge] [--touch] memory policy | --dump | --dump-nodes memory policy is --interleave, --preferred, --membind, --localalloc nodes is a comma delimited list of node numbers or A-B ranges or all. cpus is a comma delimited list of cpu numbers or A-B ranges or all all ranges can be inverted with ! all numbers and ranges can be made cpuset-relative with + the old --cpubind argument is deprecated. use --cpunodebind or --physcpubind instead length can have g (GB), m (MB) or k (KB) suffixes [root@web8 ~]#
综上所述得出的结论就是，根据具体业务决定NUMA的使用。
1）如果你的程序是会占用大规模内存的，建议关闭numa node的限制，可以使用numactl --interleave=all来取消numa node的限制。否则会导致swap的使用，影响性能。
2）如果你的程序并不占用大内存，而是要求更快的程序运行时间。建议选择限制只访问本numa node的方法来进行处理。
操作系统层面关闭NUMA，有如下方法：
1）BIOS中关闭NUMA设置
2）在操作系统中关闭，
在RHEL 4, RHEL 5, RHEL 6 中，在/boot/grub/grub.conf文件中添加numa=off，如下所示:
title Red Hat Enterprise Linux AS (2.6.9-55.EL)
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.9-55.EL ro root=/dev/VolGroup00/LogVol00 rhgb quiet numa=off
initrd /initrd-2.6.9-55.EL.img在RHEL 7 中，需要修改/etc/default/grub文件，添加numa=off，并且需要重建grub，然后重启OS:
[root@18cRac1 software]# cat /etc/default/grub
GRUB_TIMEOUT=5
GRUB_DISTRIBUTOR="$(sed 's, release .*$,,g' /etc/system-release)"
GRUB_DEFAULT=saved
GRUB_DISABLE_SUBMENU=true
GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"
GRUB_CMDLINE_LINUX="rhgb quiet transparent_hugepage=never numa=off"
GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"
[root@18cRac1 software]# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
Generating grub configuration file ...
Found linux image: /boot/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86_64
Found initrd image: /boot/initramfs-3.10.0-862.el7.x86_64.img
Found linux image: /boot/vmlinuz-0-rescue-4c7b16d0887748f883ee1a722ec96352
Found initrd image: /boot/initramfs-0-rescue-4c7b16d0887748f883ee1a722ec96352.img
done
[root@18cRac1 software]#数据库层面：
1）Oracle数据库层面关闭：
_enable_NUMA_optimization=false （11g中参数为_enable_NUMA_support）2）启动MySQL的时候，关闭NUMA特性：
numactl --interleave=all mysqld
当然，最好的方式是在BIOS中关闭。
vm.swappiness是操作系统控制物理内存交换出去的策略。它允许的值是一个百分比的值，最小为0，最大运行100，该值默认为60。vm.swappiness设置为0表示尽量少swap，100表示尽量将inactive的内存页交换出去。
具体的说：当内存基本用满的时候，系统会根据这个参数来判断是把内存中很少用到的inactive 内存交换出去，还是释放数据的cache。cache中缓存着从磁盘读出来的数据，根据程序的局部性原理，这些数据有可能在接下来又要被读 取;inactive 内存顾名思义，就是那些被应用程序映射着，但是 长时间 不用的内存。
一般来说，MySQL，特别是InnoDB管理内存缓存，它占用的内存比较多，不经常访问的内存也会不少，这些内存如果被Linux错误的交换出去了，将浪费很多CPU和IO资源。 InnoDB自己管理缓存，cache的文件数据来说占用了内存，对InnoDB几乎没有任何好处。
所以，在MySQL的服务器上最好设置vm.swappiness=0。
我们可以通过在sysctl.conf中添加一行：
echo vm.swappiness = 0 /etc/sysctl.conf
并使用sysctl -p来使得该参数生效。